Излучение и особенности распространения электромагнитных волн.

[tcaplin]

Задача согласующего устройства заключается в согласовании выходного сопротивления генератора с линией.

Да успокойтесь Вы с согласованием. Его поручили сделать очень грамотному специалисту, гораздо грамотнее меня, неуча. И он с успехом справился с этим, применив все самые совершенные согласующие устройства. Все, вопрос закрыт.
 В какую точку плоскости подключено это согласующе устройство? Ведь мы рассматриваем масштабы x и z значительно бОльшие длины волны - место подключения вполне можно считать точкой, даже если реально контакт имеет очень сложную конфигурацию ради пресловутого согласования.
 Ведь, рисуя диаграммы радиоантенн, мы не принимаем во внимание ее сложную форму, а только диаграмму направленности.

[Фёдор Менде]

В процессе нашего общения Вы заявляли, что занимаетесь техническими вопросами. То, что Вы плохо знаете электродинамику я уже давно понял, но я всё-таки думал, что в технике Вы ориентируетесь, но оказалось, что и это не так. И поскольку на форуме мне приходится общаться не только со специалистами, но форум носит и образовательные функции, расскажу Вам что такое  линии передачи, каковы их функции, и как их согласовать с генераторами и нагрузкой.
Линии передачи, выполненные из проводников, условно делятся на два типа, это линии с сосредоточенными параметрами, когда длина волны значительно больше геометрических размеров линии (например её длины),  и с распределёнными параметрами, когда имеется обратное отношение. К линиям передачи с сосредоточенными параметрами относятся, например, линии, по которым передаётся энергия в обычных сетях с частотой 50 Гц. Для передачи высокочастотной энергии используются длинные линии с распределёнными параметрами, в которых длина волны значительно меньше её длины. Основным типом волны,  используемым в таких линиях является ТЕМ волна, при которой  электрическое и магнитное поле поперечны по отношению к направлению линии. На поперечные размеры длинной линии также накладываются определённые ограничения. Кроме ТЕМ волны в таких линиях могут существовать и другие типы колебаний, у которых имеются продольные составляющие электрических и магнитных полей. Эти типы имеют фазовую скорость отличную от ТЕМ волны, и эта фазовая скорость зависит от частоты, т.е. имеет частотную дисперсию. Присутствие таких типов волн в линиях недопустимо, поскольку они отсасывают дополнительную энергию от основной волны и поэтому увеличивают потери в линии. Чтобы не допустить этого явления необходимо, чтобы и поперечные размеры линии были значительно меньше длины волны.
Линии передач бывают: двухпроводными, когда в качестве её проводников используются обычные провода или провода в виде проводящих лент; коаксиальными, когда центральный проводник окружен цилиндрическим проводником; и полосковыми, когда на плато из проводящей подложки наносится изоляционный слой, на котором располагаются проводящие полоски. 
Продолжение следует.

[tcaplin]

 Очень много правильных слов. Ни одно из них и не собираюсь опровергать. Только покажите, как все эти прописные истины опровергают мое утверждение:

Ведь мы рассматриваем масштабы x и z значительно бОльшие длины волны - место подключения вполне можно считать точкой, даже если реально контакт имеет очень сложную конфигурацию ради пресловутого согласования.

Причем это утверждение относится не к длинным линиям - о месте контакта генератора (согласующего устройства) в которых и вопросов не возникает, а к рассматриваемому Вами плоскому (двумерному) волноводу.

[Фёдор Менде]

Не торопитесь не всё сразу. К этому я и веду. Все люди, которые занимаются согласованием линий передачи с генераторами, делают это практически вслепую, не понимая, почему они так поступают. Вы, наверное, знаете, что коаксиальный разъём, который входит в УПЧ привинчивается просто к корпусу, и от его центрального штырька провод идёт прямо на виток или несколько витков связи с входным резонансным контуром. И никто не обращает внимание на то, что в месте перехода наружной части разъёма в корпус УПЧ существует громадная неоднородность, т.к. ток после этого места должен растекаться по всей внутренней части коробки УПЧ. Это обстоятельство и составляет суть Вашего вопроса, т.к. Вам кажется, что подключение проводов от генератора к одной точке полосковой линии периведёт к сильной неоднородности. Вы даже представляете себе  веерообразную картину растеакания тока. Ответ на вопрос  в данном случае очень прост. Если размеры линии выбраны правильно и длина волны значительно больше, чем размер и коаксиала и самой коробки УПЧ, то все эти элементы для волны данной длины представляют не волновые элементы, а элементы с сосредоточенными параметрами. Однако очень важным является вопрос о том, что подключено между центральным проводом коаксиала и корпусом УПЧ.  Я уже сказал, что по линии может передаваться широкий спектр частот в режиме ТЕМ волн но отбирает  из лини потребитель только желаемый спектр частот или несколько таких спектров (толи телевизионный канал, то ли частоту какой-то радиостанции). Именно в этом и состоит роль резонансного контура, или полосового фильтра, состоящего из нескольких связанных резонансных контуров.  Если мы хотим иметь максимальный КПД канала, то нам желательно отобрать из линии  всю мощность  желаемогго спектра. Но почему именно резонансная система может это сделать и как это происходит. Если Вы закоротите какую-либо линию, то от закоротки будет отражаться вся падающая на неё мощность. Давайте возьмём двухпроводную линию, состоящую из двух полос, о которой идёт речь в названном источнике и по поводу которой Вы задаёте вопрос. Закоротим эту линию на конце полосой такой же ширины, после закоротки продолжим линию ещё на некоророе расстояние и опять поставим закоротку. Очевидно, что две закоротки образуют полосковый резонатор, который будет резонировать на частотах, когда полвина длины волны в линии будет укладываться целое число раз на длине резонатора. Теперь зададимся вопросом, а что нужно сделать, чтобы вся мощность  волны на заданной частоте, падающая на перегородку, отделяющую резонатор и линию, была израсходована в резонаторе и может ли такое быть, если мы просверлим отверстие в перегородке по диаметру  в тысячу раз меньше, чем расстояние между полосками линии.
 Продолжение следует, но это первый для Вас контрольный  вопрос, и если вы на него сможете ответить, то Вы что-то понимаете в радиотехнике, если не сможете, значит, Ваш уровень действительно очень низок.     

[tcaplin]

И никто не обращает внимание на то, что в месте перехода наружной части разъёма в корпус УПЧ существует громадная неоднородность, т.к. ток после этого места должен растекаться по всей внутренней части коробки УПЧ.

Это не так. наличие такой неоднородности, например, в телевизионном тракте сразу ведет к ухудшению изображения - появлению "двоения" линий. Важность согласования волновых импедансов всем известна.
 Другое дело, что согласуются они чаще методом подбора - это проще, чем вести расчеты по геометрии цепи.
 При подаче энергии к излучающим радиоантеннам применяются специальные "согласующие трансформаторы", которые на обычные трансформаторы совсем не похожи. Это может быть полосковая линия с плавно, гиперболически расходящимися полосами.

Давайте возьмём двухпроводную линию, состоящую из двух полос, о которой идёт речь в названном источнике и по поводу которой Вы задаёте вопрос.

Нет. Мой вопрос касается двумерной двухПЛОСКОСТной линии, а не полосковой одномерной.
 С одномерными длинными линиями у меня с Вами никаких разногласий нет. Не понимаю, для чего Вы затеяли эту лекцию.

Теперь зададимся вопросом, а что нужно сделать, чтобы вся мощность  волны на заданной частоте, падающая на перегородку, отделяющую резонатор и линию, была израсходована в резонаторе и может ли такое быть, если мы просверлим отверстие в перегородке по диаметру  в тысячу раз меньше, чем расстояние между полосками линии.
 Продолжение следует, но это первый для Вас контрольный  вопрос, и если вы на него сможете ответить, то Вы что-то понимаете в радиотехнике, если не сможете, значит, Ваш уровень действительно очень низок.     

То есть вся цель вашей лекции - поставить меня "на место"?
 Прежде всего, Вы увели тему от обсуждаемой мной. Я веду речь о двумерном плоскостном волноводе. Вы же продолжаете тему одномерной линии.
 
 Но давайте о резонаторах, к которым Вы зачем-то перешли от линий.
 В них будет пульсировать уже не бегущая, а стоячая волна. Если положение перегородок с отверстиями совпадает с узлами электрической составляющей Е (то же самое - пучностями магнитной Н), то в соседних резонаторах через связь в отверстиях возникнет резонанс. Поскольку потока энергии через узлы в идеальной СВ нет - то и большого отверстия не надо. Оно нужно только на компенсацию потерь (неидеальности резонаторов) и постепенную раскачку каждого резонатора...

[slav]

\\\\ И почему бы не начать с ответа на мой вопрос жирным шрифтом \\\\

    Принимаю удар на себя !   Может не стоит отвлекаться на мелкие тактические принципиальности, речь кажется идёт о распространении э\м волны в физическом вакууме ??!  Может продолжите уважаемые оппоненты в данном направлении,мне правда ужасно интересно помолчать и послушать ?    ( ученик )

[Фёдор Менде]

Никто никого ставить на место не собирается. Я трачу на Вас очень много времени и мне не безразлично то, насколько вы образованы в обсуждаемых вопросах. Поэтому моя обязанность заключается не только в том, чтобы отвечать на Ваши многочисленные вопросы, а иногда и спрашивать, как Вы усвоили материал и каков ваш уровень по обсуждаемой тематике.
У меня к Вам было два контрольных вопроса. Я спрашивал, почему очень  эффективной антенной является полуволновой вибратор, но ответа пока нет.
По поводу длинной линии я рассматриваю не полосковую линию, а линию состоящую из двух одинаковых полос, как это показано на рис. 1 http://fmnauka.narod.ru/Pro1.pdf  . Именно о такой линии Вы и спрашиваете. Мы организовали в этой линии путём установки перегородок резонатор, а как Вы знаете перегородка это громадная неоднородность, которая всю энергию падающей волны отражает обратно. Далее мы просверлили в перегородке, разделяющей линию и резонатор маленькое отверстие и я задал вопрос, что нужно для того, чтобы через это маленькое отверстие вогнать всю мощность волны в резонатор.  Объясните мне на грамотном техническом языке, какие два условия при этом  нужно соблюсти. И как этот процесс происходит.

[tcaplin]

Фёдор Менде:

Я трачу на Вас очень много времени и мне не безразлично то, насколько вы образованы в обсуждаемых вопросах. Поэтому моя обязанность заключается не только в том, чтобы отвечать на Ваши многочисленные вопросы, а иногда и спрашивать, как Вы усвоили материал и каков ваш уровень по обсуждаемой тематике

Я не считаю свое время менее ценным вашего, поэтому давайте не будем экзаменовать друг друга. Поэтому согласен на ваши предложения, но именно на взаимных условиях. Вы пока отказываетесь отвечать на мои вопросы, хотя и очень много говорите о том, о чем я не спрашиваю.

По поводу длинной линии я рассматриваю не полосковую линию, а линию состоящую из двух одинаковых полос, как это показано на рис. 1

Я сужу по подписи к рис.1, и по тексту:
 

Рис.1. Двухпроводная линия, состоящая
из двух идеально проводящих плоскостей

Я понял, что речь идет именно о плоскостях, в которых направления x и z равноценны. И говорил об этом не раз в своих вопросах.
 Теперь оказывается, что Вы имеете в виду все же длинную линию, хотя ее проводники и выполнены из плоского материала (полос). Такое представление возможно, если поперечные размеры полос значительно меньше длины волны.
 Если это условие у Вас выполнено - то мои замечания о двумерном волноводе отпадают.
 Зачем надо было так много читать лекций, вместо того, чтобы уточнить - речь о двумерной волне между плоскостями не идет. Или Вы в вопросы не вникаете?

[Фёдор Менде]

Только слепой не может не видеть, что на рисунке изображена двухпроводная линия с конкретными размерами по осям Х и У и оборванная по оси  Z.
Но раз мы начали разговор о согласовании линий с генератором и нагрузкой, суть которой  не все понимают, давайте его заканчивать. Но прежде чем перейти к дальнейшему обсуждению этого вопроса я всё-таки прошу Вас ответить на два мои вопроса, сформулированные в  26.
Уточню их ещё раз:
1. Почему полуволновой вибратор является очень эффективной антенной. Казалось бы, что чем длиннее антенна, тем большая разность потенциалов на её концах. Этот вопрос имеет также самое непосредственное отношение к вопросам согласования линии передач со свободным пространством, а сама антенна является согласующим устройством. Поэтому я этот вопрос и задаю.
2. Почему, через отверстие в перегородке, размеры, которого несоизмеримо меньше, чем площадь заглушки, которая по сути дела является коротким замыканием для линии, может проникать в резонатор вся энергия, распространяющаяся по линии.  Опишите, что происходит при этом в линии, и в резонаторе, если на  заглушку с малым отверстием в определённый момент падает волна заданной частоты.
До выяснения этих очень важных и интересных физических явлений дальше двигаться не будем.

[tcaplin]

Но раз мы начали разговор о согласовании линий с генератором и нагрузкой, суть которой  не все понимают, давайте его заканчивать.

Заметте, я не начинал и не хотел продолжать этот совершенно не относящийся к поднятому вопросу разговор. Считаю его уходом от темы. Но из уважения к Вам...

Почему полуволновой вибратор является очень эффективной антенной. Казалось бы, что чем длиннее антенна, тем большая разность потенциалов на её концах.

Напряженность в волне колеблется от значения -Е до +Е (амплитудные значения). Этот максимум достигается именно в точках, находящихся на расстоянии половины длины волны. Именно при таком колебании напряжения в антенне она находится в фазе с излучаемой волной.

2. Почему, через отверстие в перегородке, размеры, которого несоизмеримо меньше, чем площадь заглушки, которая по сути дела является коротким замыканием для линии, может проникать в резонатор вся энергия, распространяющаяся по линии.  Опишите, что происходит при этом в линии, и в резонаторе, если на  заглушку с малым отверстием в определённый момент падает волна заданной частоты.

Сначала корректно сформулируйте вопрос. Резонатор - это одно. А линия задержки - совсем другое.
 Далее - имеется ли в виду нарисованная на Рис.1 линия с открытыми боковыми поверхностями?
 Вполне допускаю, что и еще какие-то существенные условия Вы не договариваете. В резонатор в принципе не может пойти "вся энергия из линии", так как в обратном направлении из резонатора через то же отверстие обязательно пойдет такой же поток энергии, и установится динамическое равновесие.
 Впрочем, когда я Вам дал ответ на способ подключения "идеальной индуктивности" к источнику тока, более безопасный и рациональный, чем ваш собственный вариант, Вы его и обсуждать не стали. Извините, но в вашу объективность "судьи" я не верю.

[Фёдор Менде]

Я не претендую на роль судьи, поскольку мы не в суде, а на научном форуме, и я не судья, а учёный. Радуйтесь, что Вам попался человек, который может рассказать Вам то, что никто рассказать не сможет и то, что ни в одном учебнике не написано.
По поводу антенны Ваш ответ верен, но не полон. Важнейшей особенностью полуволнового вибратора является то, что это резонансный контур, имеющий свою резонансную частоту. Вспомните, как работал Герц. Он заряжал ёмкость этого резонансного контура, а когда происходил пробой искрового промежутка, эта система превращалась в колебательный контур со своей резонансной частотой. Длина вибратора Герца не соответствовала половине длины волны, поскольку на его концах были шары, это был так называемый укороченный за счёт ёмкости шаров вибратор. Но то условие, о котором Вы сказали, соблюдалость, и на резонансной частоте действительно имелись пучности напряженности электрического поля на концах вибратора.
Поэтому полуволновой вибратор даже в укороченном варианте, прежде всего, является резонансной системой, и если бы не было омических потерь в самом вибраторе и потерь на излучение, то колебания в нём никогда бы не затухли. Поля вокруг такого резонатора с бесконечной добротностью соответствовали бы мгновенным полям электрического статического диполя, т.е. полям ближней зоны. Омические потери в вибраторе для нас не интересны и мы их обсуждать не будем. Для нас интересен феномен излучения, за счёт которого происходит превращение энергии полей ближней зоны в энергию полей излучения. Все говорят, что антенна излучает, Герц говорит, что поля излучения «отшнуровывается» от полей ближней зоны, но никто не может объяснить физику этого процесса. Поскольку Вы правильно ответили на часть вопроса, может попытаетесь это сделать, поскольку мне непонятна Ваша фраза: «Именно при таком колебании напряжения в антенне она находится в фазе с излучаемой волной». Это просто некое заклинание, которое ни о чём не говорит. Для ответа на этот вопрос Вы должны, прежде всего, понять, как и почему возникают электрические поля индукции, которые вблизи проводника всегда обратны по напрвлению тем полям, которые ускоряют заряды в самом проводнике.

Что касается Вашего ответа по поводу линии нагруженной на резонатор: «В резонатор в принципе не может пойти "вся энергия из линии", так как в обратном направлении из резонатора через то же отверстие обязательно пойдет такой же поток энергии, и установится динамическое равновесие», - то ответ этот  не верен, поскольку резонатор на его резонансной частоте при определённых условиях может быть полностью согласованной нагрузкой, когда энергия волны, распространяющейся в линии, полностью в нём поглощается.

[slav]

\\\\ Радуйтесь, что Вам попался человек, который может рассказать Вам то, что никто рассказать не сможет и то, что ни в одном учебнике не написано.
По поводу антенны Ваш ответ верен, но не полон. Важнейшей особенностью полуволнового вибратора является то, что это резонансный контур, имеющий свою резонансную частоту. Вспомните, как работал Герц.\\\\

Но это же прекрасно описано в учебниках по радиотехнике!     Может уважаемый Федор обьяснит каким образом в вакууме может перемещаться электрический заряд,как пустота может аккумулировать заряд (мгновенное значение)? Ведь в противном случае Э\М волны не распространялись?   Либо свой взгляд,либо  ничего !        

[Дмитрий Мотовилов]

Но это же прекрасно описано в учебниках по радиотехнике!    Может уважаемый Федор обьяснит каким образом в вакууме может перемещаться электрический заряд,как пустота может аккумулировать заряд (мгновенное значение)? Ведь в противном случае Э\М волны не распространялись?   Либо свой взгляд,либо  ничего !        

Уважаемый, мы тут тоже ждём своей очереди. Имейте терпение. Я с удовольствием наблюдаю...

[tcaplin]

 По большому счету, slav прав. Я бы предпочитал общение в терминах "моя гипотеза такова", а не вставание в позицию учителя, которому открыта истина в последней инстанции. Психологическая сторона этой позиции меня (в отличие многих здешних "мудрецов") не очень волнует - но она, как показывает практика, закрывает ее обладателю глаза и уши на доводы оппонентов. Человек начинает вещать, а не общаться.

Поэтому полуволновой вибратор даже в укороченном варианте, прежде всего, является резонансной системой, и если бы не было омических потерь в самом вибраторе и потерь на излучение, то колебания в нём никогда бы не затухли.

С одной стороны, азбучная истина - я не повторяю такие вещи исключительно из уважения к оппоненту, считая их сами собой разумеющимися.
 С другой стороны, оговоренные в цитате "если бы" напоминают Эзопов прием "отсеките от моря воду рек - и я выпью море". В конкретной вашей задаче по Рис.1 открытой длинной линии резонатор даже при отсутствии потерь на омическое сопротивление будет излучать в стороны.
 И с третьей стороны, о "неполноте ответа" - так вот идеальное согласование антенны с окружающим пространством сводит на нуль ее резонансные свойства. То есть в данном случае есть два крайних случая - при полной изоляции резонатора от пространства от обладает максимумом резонансных свойств, но не излучает. И наоборот, при максимуме излучения он перестает быть резонатором - энергия перстает пульсировать внутри него, а вся уходит в пространство.

Что касается Вашего ответа по поводу линии нагруженной на резонатор: «В резонатор в принципе не может пойти "вся энергия из линии", так как в обратном направлении из резонатора через то же отверстие обязательно пойдет такой же поток энергии, и установится динамическое равновесие», - то ответ этот  не верен, поскольку резонатор на его резонансной частоте при определённых условиях может быть полностью согласованной нагрузкой, когда энергия волны, распространяющейся в линии, полностью в нём поглощается.

Мой ответ верен.
 "Поглощение энергии" всилу закона ее сохранения возможно либо на рассеивание в резистивной нагрузке, либо на ее излучение в пространство. Для "идеального резонатора" ни тот, ни другой случай не подходит.
 Ваш тезис о "полном поглощении энергии бегущей волны" в перегородке с резонатором физически несостоятелен. Для существования в резонаторе стоячей волны (а пульсации в нем есть именно СВ) совершенно необходимо отражение волны изнутри резонатора. Но стенка имеет одинаковые свойства и на внутренней, и на внешней стороне. То есть она будет отражать волну в той же степени и снаружи. Отверстие, какого бы размера оно ни было, одинаково для волн с обеих сторон.

P.S. Я уж не касаюсь вопроса, что все эти рассуждения имеют смысл для трубчатого волновода и  замкнутого резонатора СВЧ, а не рассматриваемой открытой длинной линии...

[Фёдор Менде]

Вы говорите, что это азбучные истины? Но по Вашим ответам можно судить, что именно эти азбучные истины Вы и не усвоили. Цитирую:

И, наоборот, при максимуме излучения он перестает быть резонатором - энергия перестает пульсировать внутри него, а вся уходит в пространство.

Возьмите направленный ответвитель и запишите частотную характеристику сигнала, отраженный от полуволнового вибратора.  Вы увидите типичную резонансную кривую, причём на резонансной частоте действительно может иметь место полное согласование, и антенна будет представлять для фидера чисто активное сопротивление. В связи с этим ответьте мне на вопрос. В точке резонанса, когда, как Вы говорите, резонансная антенна перестаёт быть резонатором,  и вся энергия уходит в пространство, имеются ли у полуволнового вибратора поля ближней зоны?
Ваше непонимание резонансных свойств полуволнового вибратора связаны с ошибкой при ответе на второй вопрос. Ещё раз повторяю, что резонатор при сколь угодно малом отверстии связи может на резонансной частоте представлять для линии чисто активную нагрузку, и я  просил Вас ответить на вопрос, какие условия при этом должны соблюдаться. Я также просил Вас описать сам процесс такого согласования.
Если Вы правильно ответите на эти вопросы, то  будете очень близки к правильному пониманию работы резонансной антенны, хотя при этом нужно будет ещё объяснить, как и почему антенна излучает ЭМ волны.

[tcaplin]

Вы говорите, что это азбучные истины? Но по Вашим ответам можно судить, что именно эти азбучные истины Вы и не усвоили. Цитирую:

И, наоборот, при максимуме излучения он перестает быть резонатором - энергия перестает пульсировать внутри него, а вся уходит в пространство.

Честно говоря, мне изрядно надоел ваш менторский тон. Если я говорю чушь - пожалуйста, покажите, как глубоко разобравшийся специалист, в чем она заключается. Но не голословным вещанием, а физическими доказательствами.
 Замечу только ваши метания - вопрос был про "поглощение энергии идеальным резонатором", а теперь Вы плавно перевели разговор на полуволновую антенну. Надеюсь, Вы не будете утверждать, что это одно и то же?
 Вы просто мастер восстанавливать против себя тех, кто действительно мог бы творчески сотрудничать с Вами.

[Фёдор Менде]

Моей целью не является восстанавливать кого-либо против себя. Но я часто вижу или низкий уровень знаний, или нежелание учиться, и это мне неприятно. Что касается Вас, то Вы тоже много не понимаете в части заданных Вам вопросов, но Вам самому в этом трудно признаться, отсюда и напряженная ситуация.  Я задаю конкретные вопросы, не для того, чтобы Вас как-то скомпроментировать, а чтобы направить Ваши мысли в правильном направлении, а Вы изворачиваетесь, и отсюда тоже напряженность. Сейчас я изложу хорошо известные истины, касающиеся и согласования резонатора с линией и резонансных свойств антенны, и отвечу на поставленные Вам вопросы.
Если имеется закоротка в линии, то она полностью отражает падающую на неё волну, и кажется очень странным, что имея всего лишь маленькое отверстие в этой закоротке, можно через это отверстие передать всю энергию падающей волны. Но на самом деле это так, при том условии, что резонатор имеет бесконечную собственную добротность. Если волна падает на закоротку с маленьким отверстием, то на начальном этапе она полностью отражается от неё. Но очень маленькая часть её мощности всё-таки проникает через отверстие и начинает раскачивать колебания в резонаторе (пример с качелью, когда её раскачивают при помощи нитки).
Но чем большая амплитуда колебаний в резонаторе, тем больше энергии начинает проникать обратно через отверстие в линию связи. Очень важным обстоятельством является то, что волна, излучаемая из резонатора через отверстие обратно в линию, находится в противофазе с волной, отраженной от закоротки. И в конце концов наступает такой момент, когда амплитуда вышедшей из резонатора волны достигает амплитуды волны, отраженной от перегородки, полностью её компенсируя. С этого момента резонатор оказывается полностью согласованным с линией передач. Поэтому, если резонатор имеет бесконечную собственную добротность, достаточно сколь угодно малого отверстия, чтобы на резонансной частоте было достигнуто полное согласование, но на это понадобится бесконечно большое время и амплитуда колебаний полей в таком резонаторе будет при этом стремиться к бесконечности.  Если же резонатор имеет заданную добротность,  то и отверстие будет иметь вполне определённые размеры, для полного согласования его с линией передач.
Теперь о резонаторах и  возможной их добротности. Вам кажется, что резонаторы, выполненные из обычной двухпроводной линии не могут иметь высокую добротность, поскольку они будут излучать из открытых торцов. Эта точка зрения неверна. Вы знаете, что , например, конфокальные резонаторы, состоящие из двух зеркал, имеют очень высокую добротность, хотя их торцы полностью открыты. В двухпроводной линии на ТЕМ волне вектор Умова строго параллелен проводникам и нет его составляющих в поперечном направлении. Если бы это было не так, то по таким линиям
 невозможно было бы передавать высокочастотную энергию, поскольку она бы рассеивалась из открытых торцов линии.
Теперь о резонансной антенне, которой является полуволновой вибратор. Это обычный резонатор, который кроме омических потерь имеет ещё и потери на излучение. О том, что в таком резонаторе имеются собственные колебания на резонансной частоте, энергия которых запасается в полях диполя, свидетельствует то обстоятельство, что имеются значительные поля ближней зоны. Эти поля являются реактивными, как в любом резонаторе, когда векторы электрического и магнитного полей сдвинуты на 90 градусов. Поэтому полуволновой вибратор является резонансным трансформатором, который осуществляет процедуру перекачки энергии из линии передач сначала в реактивные поля самого резонатора, а затем уже в ЭМ волны.
Вот очень короткие ответы на поставленные Вам вопросы. Если буду ещё вопросы по этому поводу, задавайте. 

[Дмитрий Мотовилов]

Не вмешиваясь в ход обсуждения и высказывая своё мнение, не требущее комментариев:
В моём представлении, Фёдор Фёдорович, Вы дали научно обоснованную картину возникновения потоков энергии как следствия распространения волн Е и Н. Полагаю, как бы диаметрально противоположный, материалистический подход к анализу ЭМ процессов в противовес весьма смутно поданной концепции сударьа Цаплина, фактически предполагающей существование неких волн энергии и упорно пытающейся приписать им свойства, подобные волнам Е и Н...

[tcaplin]

Но я часто вижу или низкий уровень знаний, или нежелание учиться, и это мне неприятно. Что касается Вас, то Вы тоже много не понимаете в части заданных Вам вопросов, но Вам самому в этом трудно признаться, отсюда и напряженная ситуация.

Почему же. Я честно в этом признаюсь. И потому постоянно призываю конкретно обсуждать каждый неясный вопрос.
 Вы же надели на себя тогу "просветителя", а при каждом столкновении с вопросом, на который не знаете ответа, уходите в моралистику и "обобщение свысока". В то время как знай Вы конкретный ответ - то сформулировали бы и его, и ошибку оппонента предельно лаконично.

чтобы направить Ваши мысли в правильном направлении, а Вы изворачиваетесь, и отсюда тоже напряженность.

"В правильном" - это в русле тех шаблонов, которые мы, собственно, и пытаемся пересмотреть. И изворачиваетесь Вы - я говорю конкретно и без "наводящих вопросов".
 Вы ни слова не противопоставили, например, моему утверждению о том, что в электрическом диполе из двух противоположных зарядов обязательно существуют две противодействующие, а потому различные по природе силы. Одна - электрическая, притягивающая диполи, другая - неэлектрическая, не дающая им совместиться.  И это глобальный закон природы - единство и борьба двух противодействующих сил. ЭМВ здесь не исключение. И поскольку нет в ней зарядов, то нет и электрического силового поля между зарядами. Вы правы в том, что электрическое поле всегда градиентно - но имейте здравый смысл согласиться, что градиентные силовые линии обязательно должны где-то начинаться, и где-то заканчиваться. Нет зарядов - не может быть и силовых линий. А, значит, нет и силового - электрического - поля.
 Вы же, не вступая в обсуждение, начинаете читать лекции о том, что такое электрическое поле в классическом понимании и пр., и пр. И каким образом классика обходит (не отвечает!) тот вопрос, который поднимаю я.
 Якобы если бы я это знал, то не отрицал существование эл. поля в ЭМВ.
 
 Тот же резонатор. Во всех учебниках нарисована частотная характеристика резонатора с максимумом на резонансной частоте. Чем меньше его добротность - тем менее выражен резонансный пик.
 Добротность может падать, если есть утечка энергии из резонатора - либо на активные потери, либо на транзит энергии (излучение) во внешнюю среду.
 В пределе при очень маленькой добротности явление резонанса пропадает. Значит, контур перестал быть резонансным. Это уже не резонатор. Хотя может быть весьма эффективным излучателем. Это даже связанные явления: любой эффективный излучатель, при лишении его возможности излучать, становится резонатором. Причиной тому - закон сохранения энергии вообще и волновой энегии в частности. Либо она транслируется (излучатель), либо накапливается внутри (резонатор).
 Далее сразу оговорю тот момент, что все разговоры об "идеальном резонаторе" и перегородке имеют смысл только для замкнутого полого резонатора и трубчатой линии. В открытой линии обязательно пойдет излучение энергии в стороны. Да и связь резонатора с линией только через отверстие в открытой линии не обеспечить - будет очень существнная связь вокруг перемычки даже без отвестия.

Вам кажется, что резонаторы, выполненные из обычной двухпроводной линии не могут иметь высокую добротность, поскольку они будут излучать из открытых торцов. Эта точка зрения неверна. Вы знаете, что , например, конфокальные резонаторы, состоящие из двух зеркал, имеют очень высокую добротность, хотя их торцы полностью открыты. В двухпроводной линии на ТЕМ волне вектор Умова строго параллелен проводникам и нет его составляющих в поперечном направлении. Если бы это было не так, то по таким линиям
 невозможно было бы передавать высокочастотную энергию, поскольку она бы рассеивалась из открытых торцов линии.
 

 Так и не передают - именно по этой причине. Пользуются коаксиальными, либо на более высоких частотах - трубчатыми волноводами.

[tcaplin]

Если имеется закоротка в линии, то она полностью отражает падающую на неё волну, и кажется очень странным, что имея всего лишь маленькое отверстие в этой закоротке, можно через это отверстие передать всю энергию падающей волны.

Наконец-то после нескольких страниц лекций о прописных истинах - конкретный вопрос. Давайте разберем.

Очень важным обстоятельством является то, что волна, излучаемая из резонатора через отверстие обратно в линию, находится в противофазе с волной, отраженной от закоротки.

Это почему же? Стенки в резонаторе всегда совпадают с узлом Е. В точке отражения - тоже всегда узел Е. А поскольку уловие резонанса - целое число волн внутри резонатора, то волны обязательно в фазе.

Но на самом деле это так, при том условии, что резонатор имеет бесконечную собственную добротность. Если волна падает на закоротку с маленьким отверстием, то на начальном этапе она полностью отражается от неё. Но очень маленькая часть её мощности всё-таки проникает через отверстие

И так, на начальном этапе речи о "передачи всей мощности" нет. Пойдем дальше.
 

И в конце концов наступает такой момент, когда амплитуда вышедшей из резонатора волны достигает амплитуды волны, отраженной от перегородки, полностью её компенсируя.

Не будет противофазы в "идеальном вибраторе" по уже указанной мной причине - целое число волн внутри вибратора.
То есть в линию подается волновой поток противоположного направления - полный аналог отражения прямой волны. В линии возникает
 стоячая волна как суперпозиция двух противоидущих одинаковых волн. Как известно, через узлы СВ (а у стенки возник именно узел) потока энергии НЕТ. Его нет как у сплошной поверхности стенки (отражение), так и у отверстия (полная взаимокомпенсация на нуль прямого и обратного потоков).
  И где же ваш случай "полного потока энергии" через отверстие?
 Сравните с моим #29:

В резонатор в принципе не может пойти "вся энергия из линии", так как в обратном направлении из резонатора через то же отверстие обязательно пойдет такой же поток энергии, и установится динамическое равновесие.

Или в #24:

Но давайте о резонаторах, к которым Вы зачем-то перешли от линий.
 В них будет пульсировать уже не бегущая, а стоячая волна. Если положение перегородок с отверстиями совпадает с узлами электрической составляющей Е (то же самое - пучностями магнитной Н), то в соседних резонаторах через связь в отверстиях возникнет резонанс. Поскольку потока энергии через узлы в идеальной СВ нет - то и большого отверстия не надо. Оно нужно только на компенсацию потерь (неидеальности резонаторов) и постепенную раскачку каждого резонатора...

Линия с короткозамкнутым концом является тем же резонатором.
 Да и закон сохранения энергии не обмануть - как нельзя бесконечно подавать в конечный объем поток воды, так и нельзя бесконечно вкачивать в резонатор энергию.
 Все ваши рассуждения верны для излучателя - но не для резонатора. Только для него возможен "полуволновый вибратор" - в резонаторе пол-волны - не бывает. Тогда условие целого числа волн  не выполнено - и противофазность сигналов возможна.

 

Теперь о резонансной антенне, которой является полуволновой вибратор. Это обычный резонатор, который кроме омических потерь имеет ещё и потери на излучение. О том, что в таком резонаторе имеются собственные колебания на резонансной частоте, энергия которых запасается в полях диполя, свидетельствует то обстоятельство, что имеются значительные поля ближней зоны.

Вот здесь тоже есть некорректность современного подхода. Статические поля не имеют собственной энергии. Они только изменяют параметры пространства, способствуя изменению внутренней энергии тел или зарядов. Но это отдельный непростой вопрос...
 А этот ваш личный взгляд некорректен именно потому, что резонанс и излучение - физические антиподы. Волновая энергия либо накапливается в резонаторе (резонанс), либо излучается (излучатель). И процесс излучения тем эффективнее, чем меньше добротность резонанса.